Comment les bactéries et les virus pénètrent-ils dans notre organisme ?

Nous sommes en contact permanent avec des bactéries et des virus présents dans l’environnement ou chez d’autres personnes. Certains de ces virus et bactéries peuvent provoquer des infections chez l’homme : ils sont appelés pathogènes microbiens. Les deux voies importantes par lesquelles les pathogènes microbiens pénètrent dans notre organisme sont les voies respiratoires et gastro-intestinales. Les voies respiratoires supérieures sont composées de la cavité buccale, du nez et de la gorge, tandis que les voies respiratoires inférieures incluent les bronches et les poumons. En raison de l’exposition constante des voies respiratoires à l’air que nous respirons, et qui peut contenir de petites gouttelettes de fluide abritant des bactéries ou des virus, les pathogènes microbiens peuvent pénétrer dans les poumons et provoquer une infection grave appelée pneumonie. La bouche, l’œsophage, l’estomac et les intestins font partie des voies gastro-intestinales. Les aliments et les fluides transportent continuellement des micro-organismes dans les voies gastro-intestinales. La plupart des bactéries et des virus que nous absorbons par la nourriture sont tués ou inactivés dans le fluide gastrique très acide de l’estomac. Cependant, certains d’entre eux peuvent atteindre l’intestin et provoquer des infections gastro-intestinales et des diarrhées. Si les voies respiratoires et gastro-intestinales sont les entrées les plus courantes pour les pathogènes microbiens, il existe également d’autres moyens d’infecter les humains, notamment la transmission par le sang, les plaies ouvertes, les contacts sexuels et les piqûres d’insectes.

Comment le corps se défend-il ?

Pour réussir à combattre les bactéries et les virus, le corps humain a développé de nombreux moyens de prévenir les infections. Ces moyens incluent des barrières physiques comme la peau, qui limite l’accès des micro-organismes aux tissus plus profonds, et le mucus et les fluides de nos membranes muqueuses, qui éliminent les bactéries et les virus et qui contiennent des molécules qui les tuent et les inactivent. Une défense plus spécifique contre les pathogènes microbiens indésirables est le système immunitaire, qui se décompose en deux branches. Le système immunitaire inné est prêt à attaquer les pathogènes microbiens la toute première fois qu’il les voit, en reconnaissant des modèles microbiens spécifiques. Pour être mieux préparé à une seconde attaque, le système immunitaire adaptatif apprend du premier contact avec un pathogène microbien et peut se souvenir des microbes qu’il a vus auparavant. Cela lui permet de réagir plus rapidement et avec plus de puissance en cas de retour du pathogène.

Dans cet article, nous allons nous concentrer sur une partie importante du système immunitaire inné : les peptides antimicrobiens (PAM), qui peuvent se trouver dans de nombreux différents organes et tissus, ainsi qu’à la surface des muqueuses ou de la peau. Rien que sur la peau humaine, plus de 20 PAM différents ont été découverts.

Que sont les peptides antimicrobiens ?

Les PAM sont un mécanisme de défense ancien que l’on retrouve dans quasiment tous les organismes vivants [1]. La plupart des PAM sont plutôt petits et composés d’environ 20 à 50 acides aminés. Les acides aminés sont les blocs de construction des peptides et des protéines, qui sont plus grandes que les peptides. Les PAM peuvent être générés par les cellules de la peau et du système immunitaire qui sont présentes sur nos membranes muqueuses ou notre peau. Certaines cellules du système immunitaire inné fabriquent leurs propres PAM, mais les PAM peuvent également être générés en hachant d’autres protéines plus grandes qui remplissent normalement des fonctions totalement différentes dans l’organisme. Les petits fragments de ces protéines acquièrent la capacité d’attaquer les pathogènes microbiens. Ces protéines plus grandes, appelées précurseurs de PAM, ont donc deux fonctions.

Exemples de précurseurs de pam humains

Pour s’assurer que les PAM générés sont suffisants lorsque le précurseur est haché, la protéine précurseur elle-même doit être présente à des concentrations élevées. En effet, toutes les protéines connues pour libérer des PAM sont très abondantes et peuvent être trouvées presque partout dans le corps humain. Un exemple est l’hémoglobine, le pigment rouge contenant du fer présent dans les globules rouges, qui génère de nombreux PAM ayant une activité antibactérienne et antivirale [2]. Un autre exemple important est le fibrinogène. Le fibrinogène est impliqué dans la coagulation du sang et la cicatrisation des plaies. Cela signifie que le fibrinogène peut accélérer le processus de cicatrisation à la fois en aidant à la coagulation et en produisant des PAM pour aider à conserver la plaie non infectée. La thrombine est une autre source importante de PAM. Elle joue un rôle important dans le processus de coagulation du sang. Parmi les autres exemples de précurseurs de PAM, nous trouvons la phosphatase acide prostatique et la séménogéline, qui sont très abondantes dans le sperme humain. Lorsque ces protéines du sperme sont hachées en PAM, elles forment des fibres capables de capturer les bactéries dans l’appareil reproducteur féminin, aidant ainsi les cellules du système immunitaire à détruire plus efficacement les bactéries [3].

Comment les fragments de protéines sont-ils générés ?

Les précurseurs de PAM de grande taille sont hachés en PAM par des protéines coupantes spéciales appelées protéases. Les protéases sont des enzymes qui découpent les protéines en fragments plus petits. Les fragments de protéines sont appelés peptides s’ils ont une longueur inférieure à ~100 acides aminés. Les protéases se trouvent principalement dans l’intestin, pour la digestion des protéines des aliments. Les protéases ne peuvent pas faire la distinction entre les protéines du corps humain et les protéines alimentaires qui doivent être hachées. Par conséquent, l’activité des protéases est étroitement régulée afin d’éviter une digestion incontrôlée de nos propres protéines. Cependant, plusieurs protéases coupent également l’hémoglobine qui pénètre dans nos tissus en cas de blessure ou de saignement. Les PAM produits à partir de l’hémoglobine hachée ont une activité antibactérienne et antivirale qui ne fait pas partie des capacités de la protéine d’hémoglobine complète.

Comment les pam arrêtent-ils les bactéries ?

Les PAM ont souvent une charge positive et les membranes bactériennes ont souvent une charge négative. Les charges positives et négatives s’attirent mutuellement, ce qui permet aux PAM de se lier facilement à la surface des bactéries. De plus, les PAM sont souvent amphipathiques, ce qui signifie qu’une partie de la molécule de peptide est attirée par l’eau, tandis qu’une autre partie est davantage attirée par les lipides (graisses). La nature amphipathique des PAM les aide à se lier à la membrane bactérienne, car cette membrane est composée à la fois de lipides et de parties semblables à l’eau.

Après s’être attachés, les PAM s’insèrent dans la membrane bactérienne dans laquelle ils peuvent former un petit tunnel, appelé pore. Ce processus ressemble à l’ouverture d’un trou dans la cellule bactérienne, et entraîne une fuite du contenu de la cellule et la mort de la bactérie. L’ensemble du processus peut être observé avec un microscope électronique (Figure 1). Il existe également des PAM qui n’attaquent pas directement la membrane de la cellule bactérienne, mais qui perturbent la fonction des molécules importantes à l’intérieur de la cellule bactérienne, comme les molécules qui contribuent à la production de la paroi de la cellule bactérienne. Certains PAM peuvent se lier directement à l’ADN de la bactérie, détruisant la capacité de l’ADN à transmettre les informations génétiques pour la construction de nouvelles protéines ou cellules bactériennes.

Comment les pam inhibent-ils les virus ?

Les virus sont différents des bactéries, car ils ne peuvent se multiplier qu’à l’intérieur des cellules. Les virus doivent donc entrer dans les cellules humaines pour pouvoir se répliquer et nous rendre malades. Certains PAM peuvent interférer avec les diverses étapes de la multiplication des virus. Des PAM appelés magainines, provenant de la peau de grenouille, interagissent avec la surface externe du virus et perturbent la structure du virus. Un peptide humain appelé VIRIP, isolé du sang, est un PAM qui peut inhiber l’entrée du virus de l’immunodéficience humaine dans les cellules humaines. Certains PAM peuvent bloquer la fixation des virus aux cellules.

Un exemple est le cytomégalovirus, un peptide dérivé du sang qui inhibe la liaison initiale aux cellules humaines d’un virus. Les PAM humains appelés défensines et cathélicidines sont également connus pour aider à empêcher l’entrée du virus dans les cellules, mais ils interfèrent également avec les étapes ultérieures de la multiplication du virus.

Trouver de nouveaux pam

Même si de nombreux PAM humains différents ont été identifiés ces dernières années, il y en a certainement beaucoup que nous n’avons pas encore découverts. Les pathogènes microbiens deviennent de plus en plus résistants aux antibiotiques et aux antiviraux courants, rendant ces médicaments inutiles pour lutter contre les infections. Il est donc important de trouver d’autres PAM ayant une activité antibactérienne ou antivirale, afin que ceux-ci puissent éventuellement être développés pour créer de nouveaux médicaments. Pour détecter de nouveaux PAM humains, il est possible de générer de grandes bibliothèques de peptides à partir de divers organes et fluides corporels, contenant des centaines de milliers de peptides différents. Avec le consentement du donneur, les tissus prélevés lors d’opérations chirurgicales et les fluides corporels recueillis lors de procédures médicales sont utilisés pour générer des bibliothèques de peptides à des fins de recherche.

Pour fabriquer une bibliothèque à partir de tissus, ceux-ci doivent d’abord être liquéfiés pour en faire un extrait. Les fluides corporels ou les extraits de tissus sont immédiatement refroidis, acidifiés puis congelés pour éviter que les peptides qu’ils contiennent ne se décomposent. Un filtre spécial est utilisé pour concentrer les peptides et ainsi éliminer les plus grosses protéines. Les peptides sont ensuite séparés à l’aide d’une méthode appelée chromatographie. Suite à la chromatographie, plusieurs milliers de peptides différents sont disponibles sous la forme d’une bibliothèque de peptides, qui peut ensuite être testée pour détecter les peptides qui inhibent la croissance bactérienne ou l’infection virale [4, 5] (Figure 2). Une fraction de la bibliothèque de peptides qui montre une activité antibactérienne ou antivirale peut être davantage purifiée et testée à nouveau afin que l’identité du PAM soit finalement déterminée. Au final, le PAM peut être recréé en laboratoire et il est possible d’analyser son niveau d’activité, son rôle dans la prévention des infections et sa capacité à être utilisé comme traitement médical.

Conclusion

De multiples peptides antimicrobiens qui contribuent à prévenir les infections sont présents dans notre organisme. Ils font partie de notre immunité innée et peuvent être générés à partir de protéines humaines plus grandes qui ont d’autres missions. Afin de trouver de nouveaux PAM, d’importantes bibliothèques de peptides peuvent être parcourues. Ces PAM peuvent finalement être développés en traitements antibactériens ou antiviraux.

Glossaire

Pathogènes Microbiens: ↑ Germes, micro-organismes infectieux ou agents, tels que les virus, les bactéries, les parasites et les champignons, qui peuvent causer des infections.

Système Immunitaire Inné: ↑ Partie du système immunitaire qui attaque les pathogènes microbiens dès le premier contact.

Système Immunitaire Adaptatif: ↑ Partie du système immunitaire qui a été acquise lors du premier contact avec des pathogènes microbiens, qui crée une réponse spécifique et efficace pour éliminer les pathogènes microbiens.

Peptides Antimicrobiens: ↑ Petits peptides capables de détruire les bactéries et les virus.

Précurseurs de PAM: ↑ Une protéine plus grande découpée en un fragment ayant une activité antimicrobienne.

Protéase: ↑ Enzyme qui découpe les protéines.

Amphipathique: ↑ Caractéristique d’une molécule dont une partie est attirée par l’eau et une partie est repoussée par l’eau et attirée par les lipides (graisses).

Chromatographie: ↑ Méthode de séparation d’un mélange de différentes substances.

Conflit d’intérêts

Les auteurs déclarent que les travaux de recherche ont été menés en l’absence de toute relation commerciale ou financière pouvant être interprétée comme un potentiel conflit d’intérêts.

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